由紐約干細(xì)胞基金會(huì)（NYSCF）實(shí)驗(yàn)室和哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心（CUMC）的科學(xué)家們組成的一個(gè)聯(lián)合小組開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)，或許可以阻止兒童線粒體疾病遺傳,。這一研究發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上,。
NYSCF實(shí)驗(yàn)室的Dieter Egli博士和Daniel Paull博士,，以及CUMC的Mark Sauer博士和Michio Hirano博士，在新研究中演示了如何在人類卵細(xì)胞之間成功地轉(zhuǎn)移細(xì)胞核,。這一里程碑式的成果將對(duì)有可能遺傳線粒體疾病的兒童產(chǎn)生重要的影響,。
線粒體是負(fù)責(zé)細(xì)胞維持和生長(zhǎng)的重要細(xì)胞器。它們具有自己的一套基因,，由母親傳遞給孩子,。盡管線粒體DNA只占個(gè)體2萬(wàn)多個(gè)基因中的37個(gè)，線粒體基因突變卻會(huì)導(dǎo)致有害效應(yīng),。
由于線粒體DNA突變所導(dǎo)致的線粒體疾病,，大約每1萬(wàn)人就有1人受累，而每200個(gè)攜帶突變線粒體DNA的個(gè)體差不多有1人罹患這類疾病,。癥狀通常在兒童期即顯現(xiàn),，可導(dǎo)致發(fā)育障礙、腎臟疾病,、肌無(wú)力,、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、視力和聽(tīng)力喪失，以及呼吸系統(tǒng)問(wèn)題等等,。在世界范圍內(nèi),，大約每30分鐘就有一名線粒體病患兒出生，且目前尚無(wú)法治愈這些破壞性的疾病,。
研究的共同作者,、NYSCF實(shí)驗(yàn)室資深研究員Egli博士說(shuō)：“通過(guò)這項(xiàng)研究，我們證實(shí)應(yīng)該有可能阻止線粒體疾病遺傳,。我們希望這一技術(shù)能夠迅速推動(dòng)到臨床,，在人類臨床研究中能夠演示如何利用這一過(guò)程來(lái)幫助防止線粒體病,。”
在這項(xiàng)研究中,，研究人員移除了一個(gè)未受精卵細(xì)胞的細(xì)胞核，用另一個(gè)供體卵細(xì)胞的細(xì)胞核來(lái)替代它,。生成的卵細(xì)胞包含供體的基因組,，但卻沒(méi)有她的線粒體DNA。研究表明這種轉(zhuǎn)移沒(méi)有對(duì)卵細(xì)胞產(chǎn)生可檢測(cè)到的不利影響,，這是臨床轉(zhuǎn)化的先決條件,。研究人員是通過(guò)一種新技術(shù)，在核轉(zhuǎn)移前降低卵細(xì)胞溫度從而取得這一成果的,。從前的研究報(bào)告大約50%的卵細(xì)胞存在不良后果,。
研究人員隨后通過(guò)一種稱作孤雌生殖（parthenogenesis）的技術(shù)人為激活了卵細(xì)胞，并獲得了來(lái)自發(fā)育胚泡的干細(xì)胞系,。將這些細(xì)胞系培育超過(guò)1年,，它們生成了諸如神經(jīng)元、心臟細(xì)胞和胰腺β細(xì)胞等受到突變線粒體DNA影響的成體細(xì)胞類型,。研究人員證實(shí)無(wú)法檢測(cè)到供體基因組原始線粒體水平,，表明永久地消除了這一線粒體DNA，從而阻止了一個(gè)家庭的后代生成這些疾病,。
當(dāng)前阻止線粒體疾病的治療方案極為有限,。一名具有線粒體疾病家族史的婦女或許會(huì)放棄生孩子。她或許會(huì)選擇用捐贈(zèng)的卵子進(jìn)行體外受精（IVF）,；然而,，這意味著孩子將在遺傳上與她不存在親緣關(guān)系。作為另一種選擇,，患者可以接受IVF治療,，通過(guò)產(chǎn)前篩查，讓醫(yī)生挑選出來(lái)自母親的,，具有最小可能性攜帶線粒體DNA缺陷的卵子,。然而，這并不是一種十分有效的篩查過(guò)程，她的孩子或許仍然會(huì)受線粒體疾病的影響,。
“攜帶突變線粒體DNA的婦女可能不再需要擔(dān)心她們的孩子將會(huì)生病,。通過(guò)這種技術(shù)我們或許可以為婦女們提供一種治療方法防止這些疾病，”論文的共同作者,、哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心生殖內(nèi)分泌學(xué)主任,、婦產(chǎn)科副主任Sauer博士說(shuō)。
紐約干細(xì)胞基金會(huì)首席執(zhí)行官Susan L. Solomon 說(shuō)：“這些研究結(jié)果集中體現(xiàn)了紐約干細(xì)胞基金會(huì)的目標(biāo)和愿望,，即加快尋找治療,，并預(yù)防疾病。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了跨學(xué)科合作的重要性,，研究人員和臨床醫(yī)學(xué)之間的緊密合作實(shí)現(xiàn)了從前不可能獲得的巨大進(jìn)展,。”
“一名患者有將缺陷線粒體傳遞給孩子的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)此我們常常知道得太晚,。這對(duì)于患者和她得家庭絕對(duì)是毀滅性的,。新技術(shù)提供了一種有效的解決方法，確保卵細(xì)胞中僅有健康的線粒體,，”哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心成人肌營(yíng)養(yǎng)不良癥協(xié)會(huì)診所共同主任,、神經(jīng)病學(xué)教授Hirano說(shuō)。
科學(xué)家們計(jì)劃利用這一技術(shù)走向臨床應(yīng)用,。下一步包括生成更多的無(wú)線粒體疾病的卵細(xì)胞,，并在動(dòng)物模型中生成健康后代。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nature11800
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Nuclear genome transfer in human oocytes eliminates mitochondrial DNA variants
Daniel Paull Valentina Emmanuele Keren A. Weiss Nathan Treff Latoya Stewart Haiqing Hua Matthew Zimmer David J. Kahler Robin S. Goland Scott A. Noggle Robert ProsserMichio Hirano Mark V. Sauer Dieter Egli
Mitochondrial DNA mutations transmitted maternally within the oocyte cytoplasm often cause life-threatening disorders. Here we explore the use of nuclear genome transfer between unfertilized oocytes of two donors to prevent the transmission of mitochondrial mutations. Nuclear genome transfer did not reduce developmental efficiency to the blastocyst stage, and genome integrity was maintained provided that spontaneous oocyte activation was avoided through the transfer of incompletely assembled spindle–chromosome complexes. Mitochondrial DNA transferred with the nuclear genome was initially detected at levels below 1%, decreasing in blastocysts and stem-cell lines to undetectable levels, and remained undetectable after passaging for more than one year, clonal expansion, differentiation into neurons, cardiomyocytes or β-cells, and after cellular reprogramming. Stem cells and differentiated cells had mitochondrial respiratory chain enzyme activities and oxygen consumption rates indistinguishable from controls. These results demonstrate the potential of nuclear genome transfer to prevent the transmission of mitochondrial disorders in humans.
